Onderbouwen Passende Motion Capture technieken voor de beoordeling van Nordic Walking Gait en houding bij oudere volwassenen

Samenvatting

Het doel was om een ​​optimaal gebruik van het verzamelen van gegevens technieken voor Nordic walking looppatroon en houding analyse te onderbouwen. Driedimensionale motion capture moet worden gebruikt tijdens de korte duur analyse (dat wil zeggen één gait cyclus), terwijl accelerometrie moeten worden gebruikt voor langere duur analyse (dwz herhaalde cycli) als een 6 minuten wandeltest.

Samenvatting

Nordic walking (NW) is uitgegroeid tot een veilige en eenvoudige vorm van lichaamsbeweging in de afgelopen jaren, en in het bestuderen van deze looppatroon zijn er verschillende dataverzameling technieken toegepast, elk met een positieve en negatieve kanten. Het doel was om het effect van NW op oudere volwassen looppatroon en houding te bepalen en om een ​​optimaal gebruik van de verschillende systemen voor gegevensverzameling in zowel korte als lange duration-analyse te bepalen. Gait en houding tijdens de NW en normaal lopen werden onderzocht in 17 gezonde oudere volwassenen (leeftijd: 69 ± 7.3). Deelnemers uitgevoerd twee onderzoeken van 6 Minute Walk Tests (6MWT) (1 met stokken (WP) en 1 zonder poles (NP)) en 6 proeven van een 5m wandeling (3 WP en 3 NP). Motion werd opgenomen met behulp van twee systemen, een 6-sensor accelerometrie systeem en een 8-camera 3-dimensionale motion capture systeem, om het ruimtelijk-temporele, kinematische en kinetische parameters te kwantificeren.

Met beide systemen, de deelnemers toonden een verhoogde paslengte en dubbele steun en decreased loopsnelheid en cadans WP vergeleken met NP (p <0,05). Ook met motion capture, werd groter single steun tijd gevonden WP (p <0,05). Met 3-D capture, kleinere hip energieopwekking en momenten van kracht werden gevonden op de hiel contact en pre-swing evenals kleinere knie macht absorptie bij hiel contact, pre-swing en terminal swing WP vergeleken met NP, bij beoordeling van een cycle (p <0,05). Ook WP leverde kleinere momenten van kracht is op de hiel contact en terminal swing samen met grotere momenten halverwege de houding van een gangcyclus (p <0,05). Geen wijzigingen gevonden voor houding.

NW lijkt geschikt voor het bevorderen van een normale looppatroon bij oudere volwassenen. Driedimensionale motion capture moet in de eerste plaats worden gebruikt tijdens de korte duur ganganalyse (dat wil zeggen één gait cyclus), terwijl accelerometrie systemen in de eerste plaats dient te worden toegepast in gevallen waarbij langere duur analyse zoals tijdens de 6MWT.

Inleiding

Nordic walking (NW) wordt beschouwd als een eenvoudige en veilige vorm van fitness wandelen met behulp van speciaal ontworpen palen ^1. Voorgesteld wordt palen toegevoegde stabiliteit verbeteren van de houding en het verminderen van gezamenlijke spanning van de onderste ledematen. Echter, beperkte of tegenstrijdige bewijs bestaat met betrekking tot gezamenlijke laden en lichaamshouding te verbeteren. Enerzijds Schwameder et al. ^2, Willson et al. ³ en Koizumi et al. ⁴ is verbeterd kinematische maatregelen en / of lagere grondreactiekrachten, compressie en afschuifkrachten met de paal lopen studies. Anderzijds, dalende kinematische maatregelen en toegenomen gezamenlijke belading qua remmen / voortstuwende krachten en werking zijn beschreven door Hansen et al. ^5, Stief et al. ⁶ en Hagen et al. ⁷ terwijl paal lopen. Bovendien, claims van een betere lichaamshouding te verbeteren lijken gegaan entirel hebbeny niet ondersteund door wetenschappelijk onderzoek op dit punt.

Net als bij de tegenstrijdige resultaten gevonden met gait patronen, verschillende methoden en materialen zijn toegepast in deze lijn van het onderzoek ook. Verschillende studies hebben gebruikt 3-dimensionale motion capture systemen ^4,6 en digitale videocamera's ^2,5, allemaal met force plates opgenomen in het systeem, teneinde gang goed te beoordelen. Terwijl daarnaast ook andere studies, andere middelen voor de beoordeling Nordic poling gait inclusief het gebruik van electrogoniometry ^7, elektromyografie (EMG) ⁸ gebruikt en rekstroken gemonteerd op palen ^2,9. Met de techniek gebruikt in dit protocol, presenteert de specifieke voordeel van de mogelijkheid om een meer adequate vertegenwoordiging (dwz herhaalde gang cycli) van Nordic poling gang van een individu aan te tonen ten opzichte van alternatieve technieken die meer op de korte looptijden en single gang cycli hebben gericht. Bovendien is deze methode gebruiktaccelerometrie, een geldige tool, die op dit punt is spaarzaam gebruikt in Nordic walking onderzoek. Afhankelijk van het doel van de afzonderlijke onderzoeksprojecten, kan de toepassing van dit protocol geschikt voor situaties zoals beschreven in dit protocol, met name voor korte en lange duur gang. Het is belangrijk op te merken dat zowel de motion capture en accelerometrie zijn geschikt voor het verkrijgen van een verscheidenheid van het lopen kenmerken, waaronder: ruimtelijk-temporele (bv paslengte, loopsnelheid, enz.), Kinematische (bv bereik van de beweging), en kinetische (bv krachten , vermogens, etc.) parameters.

Ondanks het gebruik van deze verschillende apparaten, slechts van korte duur gang gebeurtenissen (dwz één loopcyclus) is vastgesteld, waardoor vragen met betrekking tot de beste beoordeling langere gang (dwz herhaalde cycli lopen). Derhalve is de reden voor de ontwikkeling en toepassing van deze techniek op basis van de importance van Fashioning een compleet beeld van Nordic poling gang.

Het doel van deze studie was tweevoudig. Ten eerste, het primaire doel is om te bepalen en te onderbouwen het gebruik van zowel accelerometrie systemen en 3-dimensionale motion capture-systemen bij de beoordeling van looppatroon en houding op zowel korte als lange looptijden. Secundair, het doel is om het totale effect van de Nordic Walking-stokken op gangpatronen inbegrip van ruimtelijk-temporele en kinetische maatregelen en lichaamshouding te verbeteren van oudere volwassenen te bepalen. Tot op heden is weinig onderzoek richtte zich op oudere volwassenen NW en hetgeen gepubliceerd is, is de functie (bijvoorbeeld sterkte, evenwicht, flexibiliteit) de primaire uitkomstvariabelen vertegenwoordigd. Daarom is kennis betreffende de rol van de wandelstokken op meetbare gait variabelen nodig zijn en kan inzicht geven in hoe de palen in onze gangpatronen kan spelen als we ouder worden voorzien.

Protocol

Deze studie werd uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen van de Research Ethics Bestuur van de Universiteit van Ottawa.

1. Screening Procedure

1. Zorg voor side-show presentaties voor lokale wandelen groepen en post recruitment posters bij buurthuizen en openbare voorzieningen om een ​​groep actieve, zelfstandig wonende ouderen te werven.
2. Bij het ​​eerste bezoek, de eerste begroeten de deelnemers laten kennismaken met het laboratorium, en hen tijd om te veranderen in de juiste kledij (dwz korte broek, t-shirt en sportschoenen). Eenmaal klaar, bieden iedere deelnemer met een diepgaande studie beschrijving, het verkrijgen van informed consent, en screenen ieder individu voor studie in aanmerking te komen met behulp van verschillende vragenlijsten.
   LET OP: Inclusie criteria bestaat uit: 55-80 jaar oud, beginner tot nordic walking (NW), geen neurologische aandoeningen, geen cognitieve stoornissen, geen hartaandoeningen, geen eerdere verwonding of een operatie van invloed zijn manier van lopen en de bovensteextremiteit beweging, en de mogelijkheid om te lopen zonder hulp.
   1. Heeft de deelnemer te voltooien een generaal Gezondheid en Physical Activity Questionnaire en de Physical Activity Readiness Questionnaire (PAR-Q) om de leeftijd, niveau van activiteit, bestaande neurologische aandoeningen te bevestigen, en in het kort te beoordelen cardiale gezondheid.
   2. Vervolgens hebben ze een zelf-gerapporteerde posturale stabiliteit te voltooien en valt vragenlijst (aangepast van Ashburn et al. ¹⁰⁾ om te vallen de prevalentie te bepalen, indien van toepassing. Ten slotte, vul het Montreal Cognitive Assessment (MOCA) met elk onderwerp om te controleren voor milde cognitieve stoornis ^11, die een minimale score van 26 van de 30.

2. Pole Set-up en Nordic Walking Instructie

1. Bieden elke deelnemer een aantal palen, en deze instrueren hoe de polen aanpassen om een ​​optimale lengte ten opzichte van hun hoogte. Zorg ervoor dat de aanpassing komt overeen met ongeveer 65% van lichaamslengte van het individu.
   1. Zorg voor elke deelnemer met de volgende instructies voor pole aanpassing. Vraag de deelnemers pal te staan, hebben de deelnemers in de paal tip voor de tenen, instrueren de deelnemers aan de elleboog en onderarm naast de basis is geplaatst, en vraagt ​​de deelnemers aan de polen verlengen zodat de elleboog vormt een ongeveer 90 ° hoek naast het lichaam. Tot slot, draai de polen en de hoek van de boot tips naar achteren.
2. Vraag de deelnemer de volgende 4 basisstappen om de hoeveelheid informatie te verwerken te minimaliseren voor een grondig begrip van de techniek ^12. Wijzen ongeveer 30 min voor training en later gebruik van de techniek.
   LET OP: Nordic walking instructies worden gegeven door een gecertificeerde Nordic pole walking instructeur.
   1. Alvorens de polsbanden, instrueren de deelnemer om hun palen te plaatsen achter de onderrug enstaan ​​hoog. Vraag de deelnemers met hun borst hoog en de schouders ontspannen te staan.
      LET OP: Leg aan de deelnemer dat dit wordt gedaan om een ​​goed begrip van de vereiste rechtopstaande lichaamshouding voor Nordic walking krijgen.
   2. Hebben elke deelnemer zet de polsbanden, plaatst de paal tips achter hen, en ontspan de armen aan hun zijden. Terwijl ze hun handen te openen (dwz niet grijpen handvatten), instrueren het onderwerp te beginnen lopen met minimale armzwaai ongeveer 100 m.
      Opmerking: In dit stadium de polen gewoon achter bij de deelnemer.
   3. Hoewel nog steeds de handen houden van open en de polen te slepen achter hen, instrueren de deelnemer om te beginnen sneller te lopen. Vraag de deelnemers om te visualiseren brengen hun hand omhoog alsof ze op het punt om iemands hand te schudden.
      LET OP: In deze fase, uit te leggen dat het doel is om de natuurlijke wederzijdse en ritmische acties van de armen en benen tijdens het lopen te promoten.
   4. Eindelijk,als de arm naar voren zwaait, moet de deelnemer voorzichtig grijpen van de handgreep en een kracht tegen de grond. Met elke armzwaai, instrueren het individu naar de polen van de grond iets optillen en stevig plant ze bij elke volgende stap.
      Opmerking: In dit stadium verklaren dat de uitgeoefende kracht helpt bij progressie van lopen en zijn bestand tegen bovenlichaam spieren.

3. Data Collection and Testing Protocol

1. Met behulp van een standaard meetlint, weegschaal, en de remklauw, neem antropometrische metingen van de deelnemer, met inbegrip van lengte, gewicht, inter-ASIS afstand, links en rechts been lengtes, knie breedtes, enkel breedtes, schouder offsets, elleboog breedtes, pols breedtes, en de hand diktes.
   1. Met behulp van een meetlint, meet elke beenlengte naarmate de afstand tot de anterior superior iliac spine (ASIS) naar het centrum van de mediale malleolus en de afstand tussen de linker en rechter ASIS (ie </ Em> inter-ASIS afstand).
      1. Vervolgens meet de breedte van elke verbinding met een dikte van het vinden van de afstand tussen de benige uitsteeksels (bijv condyles) van elke verbinding. Tenslotte meet de hoogte en het gewicht van de deelnemer met een standaard meetlint en schaal, respectievelijk.
2. Om gangpatronen beoordelen (bijv ruimtelijk-temporele maatregelen) en lichaamshouding te verbeteren gedurende een lange periode van tijd, gebruikt u een accelerometrie systeem voor het verzamelen van gegevens tijdens de 6 minuten wandeltest (6MWT), dat is een geldige en geschikte test in de beoordeling van oudere volwassen uithoudingsvermogen ^13.
   1. Voor het accelerometrie systeem ervoor dat het bestaat uit ten minste 6 sensoren, elk met versnellingsmeters en gyroscopen opgenomen in deze om zowel de versnelling (g) en hoeksnelheid (graden / sec) van elk specifiek lichaamssegment meten.
      1. Voorafgaand aan plaatsing op de deelnemer, ervoor te zorgen dat alle sensoren are stevig gekoppeld aan een docking station van het systeem om ze te synchroniseren en te kalibreren van het systeem, en uiteindelijk relais nauwkeurige gegevens metingen ^14.
   2. Bevestig de sensoren met behulp van verstelbare klittenband bandjes, zet de sensoren om de polsen, enkels, lumbale wervelkolom (L5) en de romp en het verzamelen bij een sampling rate van minimaal 100 Hz.
      1. Bij het plaatsen van de sensoren, ervoor zorgen dat ze zijn gericht volgens de richtlijnen systeem. Plaats de enkel sensoren naar voren. Plaats de pols sensoren naar achteren (in de anatomische positie). Plaats de stam sensor boven het borstbeen, en direct de positie van de L5 sensor op de L5 wervels.
         OPMERKING: Kinematische data wordt draadloos verzonden vanuit deze sensoren naar een toegangspunt, dat wordt gebruikt om nauwkeurig moment dat de transmissie van de gesynchroniseerde gegevens.
   3. Monteer de deelnemer met de 6 sensoren en vraag hen om twee onderzoeken van de 6MWT, één uit te voeren met stokken en one zonder. Willekeurig deze twee onderzoeken wijzen om te controleren voor orde effect.
   4. Instrueer de deelnemer om heen en weer langs een 25 meter wandelpad lopen op een zelf gekozen snelheid voor de 6MWT, zowel met en zonder stokken. Op dit moment, moet u op 'Start' om het verzamelen van gegevens beginnen met de accelerometrie systeem.
      LET OP: Tijdens de pole trials, nadere instructie om de deelnemer te implementeren hun poling instructie.
3. Tenslotte beoordelen kortstondige gebeurtenissen gang met een 3-dimensionale motion capture verzamelt, met een minimum van 100 Hz, met twee force plates ingebed in de route. Synchroniseer de kracht platforms met de motion capture systeem, ervoor zorgen dat de kracht platforms worden op nul gezet om ruis te voorkomen in de gegevens, en ervoor zorgen dat ze verzamelen op een voldoende sampling rate, bijvoorbeeld 1.000 Hz.
   1. Synchroniseer de kracht platen om de motion capture systeem door eerst aan te sluiten op de computer via de draden te biedend van het bedrijf. Ten tweede, direct binnen de motion capture systeemsoftware, is het noodzakelijk om 'add' de kracht platen om de vangst volume door het invoeren van de afmetingen, gevoeligheden, sampling rates, en alle andere benodigde informatie voor het systeem.
   2. Zorg ervoor dat de kracht platen zijn 'nulpunt'. Doe dit in twee stappen: 1) klik met de rechtermuisknop op elke kracht plaat binnen de software en selecteer 'Zero kracht plaat' en 2) druk op de 'nul' knop die direct op de doos data-acquisitie van de kracht platen.
      OPMERKING: Zorg dat de motion capture systeem verzamelt real-time informatie van zowel de linker en rechter poten van mond- aanvallen op elke kracht platform en zorgt voor een ruimtelijk-temporeel, kinematische en kinetische analyse.
4. Vul een dynamische kalibratie van het systeem (gericht op het definiëren van de vangvolume die moet worden gebruikt tijdens gegevensverzameling). Om dit te doen, golf een 3-marker wand op een gecontroleerde manier door de Capture ruimte. Voer een statische kalibratie van het systeem voor de wereldwijde assenstelsel (dat wil zeggen referentiepunt van 0, 0, 0 (x, y, z) door het plaatsen van een 4-marker L-frame aan dat referentiepunt aangegeven en selecteer 'Set Volume "binnen de computer software.
   LET OP: De dynamische kalibratie later helpt bij de wederopbouw van de 3-dimensionale positie van 39 reflecterende markers gebruikt voor dit model.
   1. Monteer de deelnemer met de 39 reflecterende markeringen, bevestigen ze met behulp van dubbelzijdige tape en deze te plaatsen op specifieke anatomische oriëntatiepunten zoals: tweede middenvoetsbeentjes, laterale malleolus, calcanei, links en rechts mid-schacht, laterale femurcondylen, links en rechts halverwege de dij , ASIS, PSIS, T10, C7, terug, sleutelbeen, borstbeen, acromion processen, links en rechts midden opperarmbeen, laterale epicondyles, links en rechts midden onderarm, mediale en laterale polsen, tweede metacarpals, anterior-laterale hoofd en posterior-laterale hoofd.
   2. Instrueer de deelnemer danuitvoeren 6 proeven van een 5 meter lopen via de systemen capture volume, drie met palen en drie zonder. Willekeurig deze proeven om de controle toe te wijzen voor orde en het bieden van dezelfde instructie als per de 6MWT.

4. gegevens en statistische analyse ¹⁴

1. Tijdens de analyse van de 6MWT, verwijder alle verandert tijdens het proces om rekening te houden met strikt steady state wandelen Na het verwijderen van de bochten, gebruik van het systeem software om de ruimtelijk-temporele maatregelen, boomstam range of motion (ROM) in alle plaatsen te halen, en trunk snelheden in alle gebieden.
   LET OP: Dit gebeurt automatisch tijdens dit protocol door middel van algoritmen die worden gebruikt door het systeem zelf ^14. De stappen voor de nodige afhankelijke variabelen in dit systeem te extraheren zijn hieronder opgesomd.
   1. Met behulp van de accelerometrie systeemsoftware, klikt u eerst op 'Monitor Data', selecteert u de juiste tijdstempel proeven die zijn verzameld, klik met de rechtermuisknop op het trIALS, en selecteer 'Converteren naar CSV'. Na dit te doen, opent u het CSV-bestand en ervoor te zorgen dat de gegevens van alle 6 sensoren is uitgevoerd voor verdere analyse.
   2. Selecteer vervolgens het proces opnieuw en klik op 'Exporteren naar PDF'. Observeer het systeem genereert een PDF-rapport met een aantal variabelen. Vanaf hier extract variabelen die gewenst zijn voor de studie, in dit geval, ruimtelijk-temporele en kinematische maatregelen.
2. Voor de 3-dimensionale motion capture, filteren op alle proeven met een vierde-orde nul lag Butterworth-filter voor analoge apparaten met een cut-off frequentie van 10 Hz en een Woltring filter voor de marker trajecten met een 15 mm MSE voorspelde waarde. Om dit te doen, sluit u de 'Butterworth en Woltring' filtering mogelijkheden om de operaties pijpleiding binnen het systeem software, selecteert u de eerder genoemde cut-off frequenties en MSE waarden en klik op 'Uitvoeren'.
   1. Voeg een 'Export naar ASCII-bestand' operatie om de operaties pijpleiding binnenhet systeem en selecteer 'Run'. Sla de nieuwe geëxporteerde ASCII (spreadsheet) werkblad om de computer.
   2. Open de geëxporteerde ASCII bestanden binnen elk bestand, vind vermogens en krachtmomenten (dwz kinetiek) voor elk van de onderste extremiteit gewrichten, zoals de enkel, knie en heup.
      OPMERKING: De minimum en maximum functies binnen het werkblad berekent de bovenste en onderste pieken die overeenkomen met de verschillende fasen van een enkele gangcyclus (bijvoorbeeld A1, K1, H1, etc.) zoals beschreven door Winter ^14.
   3. Vervolgens haalt de ruimtelijk-temporele maatregelen volgens de specifieke systeemsoftware, die in dit geval, wordt automatisch berekend door het systeem algoritmen en uit antropometrische metingen. Om de specifieke variabelen te extraheren, eerst het gewenste proces te importeren in de systeemsoftware, selecteer 'Events', en klik op de gewenste variabele de variabele gemiddelde van elk proces te verkrijgen.
3. Lastly via de ASCII bestanden, zoekt de trajecten voor de C7 merker als de sacrale / bekken markers. Met behulp van deze trajecten, berekenen lichaamshouding te verbeteren als het verschil tussen deze markers en trajecten in zowel de mediale-laterale en anterior-posterior richtingen.
4. Open statistische software en de specifieke proef te importeren. Ten eerste, met behulp van Shapiro-Wilks test voor normaliteit, verzekeren of de gegevens normaal verdeeld.
   1. Te vergelijken met en zonder poles, gebruik gepaarde t-testen wanneer gegevens normaal verdeeld en Wilcoxon Signed Rank Test bij scheef. Gebruik Holm-Sidak multiple paarsgewijze vergelijking procedures wanneer dat nodig is. Significantie is ingesteld op p <0,05.

Resultaten

Ruimtelijke-Temporal Gait Parameters

Bij het lopen met nordic walking-stokken en beoordeeld met behulp van motion capture en kracht platen, paslengte (p <0,01), dubbele steun tijd (p <0,001), en enkele ondersteunende tijd (p <0,001) zijn allemaal aanzienlijk langer in vergelijking met wandelen zonder poles . Bovendien, loopsnelheid (p <0,05) significant langzamer en trapfrequentie (p <0,001) aanzienlijk kleiner ...

Discussie

Het belang van het behoud van de samenhang in termen van pole gebruik is van cruciaal belang in dit protocol. In het bijzonder, de nodige maatregelen voor de juiste poling techniek evenals de juiste pole opgezet zijn belangrijk voor de consistentie tussen de verschillende studies te handhaven. Daarom zijn de richtlijnen en instructies van een specifieke Nordic walking organisatie moet worden aangehouden voor protocollen zoals dit. Bovendien en in het bijzonder bij het ​​gebruik accelerometrie gebruik van een full body s...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Nordic walking poles	Nordixx Canada	Nordixx Global Traveler of Walker	Alternatieve poles mogen worden gebruikt
APDM accelerometriesysteem	APDM	Opal systeem	Alternatieve systemen mogen worden gebruikt
Vicon motion capture systeem	Vicon		Alternatieve systemen mogen worden gebruikt
Kistler krachtplatforms	Kistler		Alternatieve platforms mogen worden gebruikt
Vicon Nexus & Polygon	Vicon		Gebruikt in dataanalyse
14 mm reflecterende markers	Vicon		Aantal markers afhankelijk van model
Meetlint
Weegschaal
Sluiper